现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车

国际电气工程先进技术译丛现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车———基本原理、理论和设计(原书第2版)(美)摇MehrdadEhsaniYiminGao摇摇摇著AliEmadi倪光正摇倪培宏摇熊素铭摇译机械工业出版社本书论述了传统的内燃机汽车(ICE)、电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池车(FCV)的基本原理、理论和设计。基于数学方程,对各种传统的和现代的车辆,全面地描述了它们的性能、配置、控制策略、设计方法、模拟和仿真。本书还论及车辆系统的分析,即基于内燃机的驱动系,电动汽车设计,混合动力电动汽车构造,电驱动系统,串联式、并联式和轻度混合动力电驱动系的设计方法,能量存储系统,再生制动,燃料电池及其在车辆中的应用,以及燃料电池混合动力电驱动系设计。其中,强调了整体的驱动系的系统,而不仅限于其特殊部件的分析。书中通过逐步展开数学方程描述了设计方法,而且在阐述各种驱动系的设计方法时,均有仿真结果所对应的设计实例。本书不仅对从事电动车辆研发的工程学术界,以及研究生和高年级大学生们,而且对与汽车相关的制造工业、管理机构和学术界的工程师、学生、研究工作者和其他专业人员,在关于现代汽车体系方面,是一本内容广泛、综合的参考书。ModernElectric,HybridElectric,andFuelCellVehicles:Fundamentals,Theory,andDesign2ndEdition/byMe鄄hrdadEhsani...[etal.]/ISBN:978鄄1鄄4200鄄5398鄄2Copyright襂2010byCRCPress.AuthorizedtranslationfromEnglishlanguageeditionpublishedbyCRCPress,partofTaylor&FrancisGroupLLC;Allrightsreserved;本书原版由Taylor&Francis出版集团旗下,CRC出版公司出版,并经其授权翻译出版,版权所有,侵权必究。ChinaMachinePressisauthorizedtopublishanddistributeexclusivelytheChinese(SimplifiedCharacters)languageedition.ThiseditionisauthorizedforsalethroughoutMainlandofChina.Nopartofthepublicationmayberepro鄄ducedordistributedbyanymeans,orstoredinadatabaseorretrievalsystem,withoutthepriorwrittenpermissionofthepublisher.本书中文简体翻译版授权由机械工业出版社独家出版并限在中国大陆地区销售,未经出版者书面许可,不得以任何方式复制或发行本书的任何部分。CopiesofthisbooksoldwithoutaTaylor&Francisstickeronthecoverareunauthorizedandillegal.本书封面贴有Taylor&Francis公司防伪标签,无标签者不得销售。本书版权登记号:图字01鄄2010鄄0487号摇图书在版编目(CIP)数据摇现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车———基本原理、理论和设计:第2版/(美)爱塞尼(Ehsani,M郾)等著;倪光正,倪培宏,熊素铭译郾—北京:机械工业出版社,2010郾8摇(国际电气工程先进技术译丛)摇ModernElectric,HybridElectric,andFuelCellVehiclesFundamentals,TheoryandDesignSecondEdition摇ISBN摇978鄄7鄄111鄄31134鄄8摇玉郾淤现…摇域郾淤爱…于倪…盂倪…榆熊…摇芋郾淤电传动汽车于混合—动力装置—电传动汽车盂燃料电池—汽车摇郁郾淤U469郾72摇中国版本图书馆CIP数据核字(2010)第121541号摇机械工业出版社(北京市百万庄大街22号摇摇邮政编码100037)摇策划编辑:牛新国摇责任编辑:顾摇谦摇版式设计:霍永明摇责任校对:张晓蓉摇封面设计:马精明摇责任印制:摇摇摇摇摇摇摇摇摇印刷厂印刷摇2010年10月第1版第1次印刷摇169mm伊239mm·30郾5印张·593千字摇0001—摇摇摇册摇标准书号:ISBN978鄄7鄄111鄄31134鄄8摇定价:摇摇摇元摇凡购本书,如有缺页、倒页、脱页,由本社发行部调换摇电话服务摇社服务中心:[phone]摇销售一部:[phone]摇销售二部:[phone]摇读者服务部:[phone]网络服务门户网:http:椅教材网:http:椅封面无防伪标均为盗版译者的话全球石油资源递减、大气环境污染以及温室效应显露的态势,对人类社会与经济的可持续发展带来了不容忽视的影响。聚焦于交通运输的应用领域,近年来,以节能、环保为终极目标的电动汽车、混合动力电动汽车的工程科学技术,其发展进程令人瞩目,并已开始在传统的汽车制造业中呈现出新科技成果的生长点。毫无疑问,在明天的、生活更美好的城市、乡村及其辐射的公路网中,各种类型的电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车必将构建并实现全球清洁汽车行动计划的蓝图。本书诚如作者所言,它在原书第1版畅销的基础上,立足于全面的车辆驱动系系统的观点,进行了更深层次的论述,并引入了若干新的应用技术专题。从而,全书为开发安全、清洁和高效率的电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车提供了丰富、系统的工程科学技术知识与实践设计的经验、数据和资料。译者深信,机械工业出版社继续选择并引入这一专著(原书第2版),将极大地有助于我国从事电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车研发以及实践产业化的学术和工程界借鉴与参考。译者还愿进一步指出,本书新增内容对当前我国已较成熟的混合动力电动汽车的商品化开发,尤其具有重要的应用价值。在本书翻译过程中,译者得到了浙江大学电气工程学院及其所属电动汽车研究室的关注与支持,并承浙江大学电动汽车、内燃机和电力电子学科领域的陈立铭、夏来庆和徐德鸿教授对有关译文内容的指点。为此,谨再次致以衷心的谢意。译文中不妥或失当之处,敬请读者指正。译摇者于浙江大学求是园2010年6月前摇摇言内燃机汽车的发展是现代工业技术最重大的成就之一。然而,高度发展的汽车工业和持续大量汽车的应用,在全球已经引发了严重的环境和碳氢资源问题。大气质量的恶化、全球变暖以及石油资源的匮乏成为了现代生活必须认真对待的威胁。日益严格的排放和燃料效率的标准促进了安全、清洁和高效车辆的迅猛发展。当今,人们公认电动汽车、混合动力电动汽车和由燃料电池供电的各类驱动系的技术应用科学是最有指望在可预见的未来解决车辆问题的办法。为满足这一需要,在美国和全世界,不断增多的工程学院已在大学生和研究生培养中设立了现代能量和车辆技术应用科学专业。1998年,本书作者在美国德克萨斯农工大学机械和电气工程专业对研究生首次开设了“现代车辆技术应用科学———电动汽车和混合动力电动汽车的设计方法论冶课程。在准备讲课时,作者发现即使在技术文献和报告中已有丰富的信息,但对学生和愿意授课的教授们尚无严谨、综合的教科书。此外,熟练的工程师们也需要系统的参考书,以完整地理解这一新技术应用科学的要素。本书第1版即在于填补这一需求。第2版与第1版相比,引入了更新的专题和更深层次的分析。本书论述了传统的内燃机汽车(ICE)、电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池车(FCV)的基本原理、理论基础及设计方法。基于数学严密性,对现代车辆全面地描述了它们的性能特征、配置、控制策略、设计方法、模拟和仿真。本书包括驱动系结构的分析,基于内燃机的驱动系,电动汽车和混合动力电动汽车配置,电驱动系统,串联式、并联式和轻度混合动力电驱动系的设计方法,能量存储系统,再生制动,燃料电池及其在车辆中的应用,以及燃料电池混合动力电驱动系设计。本书聚焦于整体的驱动系的系统,而不仅限于其特殊部件的分析。书中通过数学推理逐步展开描述了设计方法,而且在阐述各种驱动系的设计方法时,均有仿真结果所对应的设计实例。更准确地说,本书第2版包含了第1版内容中多处的修正和更新,并添加了新的3章内容和附录,即第9章:混联式(转矩和转速耦合)混合动力电驱动系设计和控制方法;第10章:插塞式混合动力电动汽车设计和控制原理;第16章:应用于越野车辆的串联式混合动力电驱动系设计;附录:丰田Prius技术概述。基于作者新的研究成果,第13章:再生制动的基本原理已全部重写。此外,大量新技术资料已增添入原章节。所有这些新内容将使第2版更为完善而有益于读者。前摇摇言摇吁摇摇摇摇摇全书共由16章和一个附录组成。第1章讨论了与现代运输工具相关的社会和环境问题,主要包括与现代运输工具发展相伴随的空气污染、全球变暖以及石油资源枯竭的问题,分析了未来车辆技术应用科学对油供应的影响,这对制定未来下一代车辆的发展策略是有益的。此外,还概要地回顾了电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车的发展历史。第2章给出了关于车辆性能、动力装置特性和传动特性的基本认识,并引入了用以描述车辆性能的数学方程。该章主要目的在于为车辆驱动系的设计提供必需的基本知识。为构成应用于电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车混合制动系统设计更坚实的基础,作为对第1版的完善与充实,加强了关于制动系统及其设计和性能描述的内容。第3章介绍了各类热力发动机的主要运行特性。在传统的和混合动力驱动系的系统中,作为主动力装置,发动机是最重要的子系统。对传统汽车和混合动力电动汽车的设计与控制而言,必须完整理解发动机的特性。第4章引入了电动汽车,该章主要阐述了电驱动系统和储能装置的设计、牵引电动机和传动装置的设计、车辆性能的预测及其系统仿真结果。第5章建立了混合动力牵引的基本概念。讨论了多种混合动力电动汽车的配置,其中有串联式、并联式混合动力配置以及转矩耦合与速度耦合的混合动力配置等,并且给出了这些配置的主要运行特性。第6章介绍了几类电动力装置,包括直流、交流、永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机驱动系统。并从牵引系统观点着手,论述了这些系统的基本结构、运行原理以及控制和运行特性。第7章给出了串联式混合动力电驱动系的设计方法。该章关注于发动机和储能装置、牵引电动机、传动装置、控制策略和功率变换器面向系统的设计,此外还提供了一个设计实例。作为对第1版的完善,增加了关于多种功率变换器配置的阐述。第8章给出了并联式混合动力电驱动系的设计方法。该章内容包含驱动形式和模式分析,控制策略、主要部件(发动机、储能装置和传动装置)的设计,以及车辆的性能仿真。第2版中增添了基于动态规划的受控发动机开/关控制策略、模糊逻辑控制策略和优化控制概念的内容。第9章为第2版中的新内容,该章介绍了混联式混合动力驱动系的运行特性、设计方法和控制策略。第10章也属第2版新增内容,其中介绍了插塞式混合动力电动汽车的设计与控制原理。该章主要讲述了涉及驱动系的控制策略、储能设计和电动机设计的持续充电的混合动力驱动系。第11章介绍了采用两种主要配置(并联式转矩耦合,以及混联式的转摇遇摇摇摇摇摇现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车矩—转速耦合)的轻度混合动力驱动系的设计方法。该章关注于运行分析,控制系统的开发及其仿真。第12章引入了包括蓄电池、超级电容器和飞轮储能器的各不相同的储能应用技术。论述集中于它们的功率和能量容量,此外还介绍了混合储能的概念。第13章阐述了混合制动系统的设计和控制原理。其中,制动的安全性和可回收的能量是主要关注点。研究了在典型行驶循环中,相对于车速和制动功率的有效制动能量特性。为保证车辆安全制动的性能,分析了前、后轮制动力的分布。此外,该章还讨论了在机械和电再生制动之间总制动力分布的重要论点。阐述中引入了两个